《生物化学》ppt课件第八章 糖代谢.ppt

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1、第八章 糖代谢,主要内容,糖的分解代谢合成代谢糖代谢的调控,Can you tell,Why do we need glucose in our body?,概述,糖代谢为生物体提供能量和C源，1g G彻底氧化可以产生16.74kJ能量。中间产物可以为其他代谢途径提供C源和C骨架。糖的代谢包括合成（光合、异生）和分解。,一、多糖和低聚糖的酶促降解,多糖和低聚糖不能透过CM，因此在利用之前必须水解为单糖，此反应由水解酶催化。淀粉的水解：与-淀粉酶，水解-1,4糖苷键，产物为麦芽糖。水解-1,6糖苷键的是-1,6糖苷键酶。,产物：糊精、寡糖、少量麦芽糖,产物：麦芽糖、极限糊精,-淀粉酶,糖原（gl

2、ycogen）的降解,由许多葡萄糖缩合成的支链多糖。是动物体内糖的贮存形式,摄入的糖类大部分转变成甘油三酯贮存在脂肪组织中，只有小部分以糖原形式贮存。有“动物淀粉”之称。由磷酸化酶、寡聚1,41,4葡聚糖转移酶、脱支酶催化。,纤维素的水解：人没有水解纤维素的酶，但许多微生物可以将其最终水解为G。双糖的水解：麦芽糖酶、纤维二糖酶、蔗糖酶、乳糖酶等。血糖：70-110mg/DL。1DL100ml。,二、糖的分解代谢,糖分解代谢的三条途径：（1）无氧情况下G经酵解产生乳酸；（2）有氧情况下G经TCA循环彻底氧化成水和CO2；（3）G经戊糖磷酸途径氧化为水和CO2。,糖的分解代谢,（一）糖的无氧酵解糖

3、酵解（glycosis）：通过一系列酶促反应将G转变为丙酮酸并伴有ATP生成的过程。酵解在细胞质中进行，无需氧的参与。乳酸 无氧酵解 G丙酮酸 乙醇 生醇发酵,糖酵解的过程（10步反应）,1.已糖磷酸酯的生成（3）（1）GG-6-P，受已糖激酶和葡萄糖激酶催化消耗1分子ATP，此步为第一个限速步聚。（2）G-6-P F-6-P，已糖磷酸异构酶催化。（3）F-6-P F-1,6-diP，果糖磷酸激酶催化。消耗1分子ATP。,Glucose is first phosphorylated at C-6:consuming ATP,(Present in all cells of all organ

4、isms),Mg2+ATP2-is the actual substrate,己糖激酶,已糖激酶IV,已糖激酶 I、II、III,Glucose 6-P is then converted to fructose 6-P:via isomerization,An aldose,A ketose,磷酸己糖异构酶,A necessary prelude for the next two steps ofreactions(phosphorylation and C-C cleavage).,Fructose 6-P is then phosphorylated at C-1:ATP consumi

5、ng,(PFK-1),磷酸果糖激酶-1,第一阶段总结,从G开始，磷酸化，异构，磷酸化；消耗2分子ATP 调控点：已糖激酶，磷酸果糖激酶（均为别构酶）。,糖原的反应,G-1-P+E-PG-1,6-2P G-6-P+E-P在葡萄糖磷酸变位酶和G-1,6-2P存在时G-1-P转变为G-6-P,2.丙糖磷酸的生成（2）（1）F-1,6-diP磷酸二羟丙酮+甘油醛-3-P由醛缩酶催化，在3和4位C之间断裂。（2）磷酸二羟丙酮甘油醛-3-P由丙糖磷酸异构酶催化。,The six-carbon fructose 1,6-bisphosphate is then cleaved into two differ

6、ent triose phosphates,1,2,3,4,5,6,醛缩酶,Interconversion between dihydroxyacetone phosphate and glyceraldehyde 3-P then occurs,(C3 or C4),(C5 or C2),(C1 or C6),Other hexoses(e.g.,Fru.,Man.,Gal.)are alsoconverted to glyceraldehyde3-phosphate to enter glycolysis.,磷酸丙糖异构酶,An aldose,A ketose,第二阶段总结,两步反应均可逆

7、，由于产物被移走，反应向右进行。分子断裂，异构。,3.甘油醛-3-P生成丙酮酸（5）（1）甘油醛-3-P甘油酸-1,3-diP，由甘油醛-3-P脱氢酶，此步是第一步氧化反应，产生高能磷酸键。,Glyceraldehyde 3-P is then oxidized to form 1,3-bisphosphoglycerate,3-磷酸甘油醛脱氢酶,3H,32P,32P,3H,（2）甘油酸-1,3-diP 甘油酸-3-P 高能磷酸键由甘油磷酸激酶作用后转变为ATP，1molG在此反应后共生成2mol ATP（底物水平磷酸化）。,The phosphoryl group linked to the

8、 carboxyl group of 1,3-bisphosphoglycerate is then transferred to ADP to form ATP,磷酸甘油酸激酶,ADP,ATP,（3）甘油酸-3-P 甘油酸-2-P 催化此反应的是甘油酸磷酸变位酶，变位酶需要甘油酸-2,3-diP的参与。,3-phosphoglycerate is then converted to 2-phosphoglycerate,磷酸甘油酸变位酶,（4）甘油酸-2-P 烯醇式丙酮磷酸由烯醇化酶催化，在2、3位C原子上脱下一分子水，此过程中产生的能量形成高能化合物，即磷酸烯醇式丙酮酸。,2-phosph

9、oglycerate is then dehydrated to produce phosphoenolpyruvate,G0 for the hydrolysis of the phosphate group is changed from 17.6 to 61.9 kJ/mol.,烯醇化酶,(PEP),（5）烯醇式丙酮磷酸烯醇式丙酮酸此反应由丙酮酸激酶催化，将2位C上的P转移到ADP上形成ATP。这一步不可逆，也是重要的调控步骤，也是变构酶催化。（6）丙酮酸生成（无需酶的参与）,The phosphoryl group of PEP is transferred to ADP to for

10、m ATP at the end,丙酮酸激酶,ADP,ATP,4.丙酮酸还原成乳酸丙酮酸+NADH+H+乳酸+NAD+催化此步反应的是乳酸脱氢酶，无氧条件下NAD+在此步获得再生。生醇发酵,糖酵解总反应,糖酵解反应的中间产物全部是磷酸化合物，从而可以保证全部反应在细胞质中进行（高极性分子不能透过CM）。,5.糖酵解的反应类型（1）磷酸转移（2）磷酸移位（3）异构化（4）脱水（5）醇醛断裂,6.糖酵解过程中能量的计算G2乳酸 Go=-196 kJ/mol（放热）产生2ATP，获得230.514kJ的能量糖原2乳酸 Go=-183 kJ/mol（放热）产生3ATP（?），获得330.514kJ的能

11、量,酵解过程中能量的产生,以葡萄糖为起点,无氧情况下:,GG-6-P-1ATP F-6-PF-1，6-dip-1ATP 2 1,3-二磷酸甘油酸2甘油酸-3-磷酸+2ATP,2PEP2Py+2ATP,除2分子ATP外，还生成2分子NADH,7.糖酵解的调控（1）果糖磷酸激酶是最关键的限速酶。调控因子包括ATP/AMP、H+、柠檬酸、果糖-2,6-二磷酸等。,（2）已糖激酶G-6-P是该酶的别构抑制剂。当果糖二磷酸激酶被抑制时，G-6-P积累，酵解减弱。但G-6-P可通过其他途径转化，因此此酶不是关键限速酶。（3）丙酮酸激酶果糖-1,6-diP是该酶的激活剂，加速酵解。丙氨酸是别构抑制剂。,糖酵

12、解的生理意义,（1）供能（2）提供生物合成所需的物质（3）糖酵解不仅是葡萄糖的降解途径，也是其它一 些单糖的分解代谢途径（4）为糖的彻底降解作了准备,（二）糖的有氧分解,从已糖到丙酮酸（pyruvic acid,Py）或乳酸仅产生有限的能量。有氧氧化和无氧酵解在丙酮酸处发生分岐。糖的有氧氧化即丙酮酸继续被氧化的过程，这一过程发生在线粒体上。,有氧氧化的全过程,Py,CH3COSCoA,CO2H2O,氧化脱羧,TCA cycle,已糖,酵解,1.丙酮酸脱H酶系催化丙酮酸不可逆地氧化与脱羧反应，并与辅酶A形成乙酰辅酶A。催化此反应的丙酮酸脱H酶系共有三个酶：丙酮酸脱羧酶、二H硫辛酸乙酰基转移酶和二

13、H硫辛酸脱氢酶。,（1）丙酮酸脱氢酶（也称丙酮酸脱羧酶）:辅基TPP，E1,功能：,（2）二氢硫辛酸转乙酰基酶：辅基硫辛酰胺（或称硫辛酸），E2。,功能：氧化2C单位，并将2C单位先转到硫辛酰胺上，再转到CoA上。,（3）二氢硫辛酸脱氢酶：是一种黄素酶，辅基FAD，E3。,功能：Red型硫辛酰胺OX型硫辛酰胺,Reaction irreversible,Stoichiometric cofactors,Catalytic cofactors,3.三羧酸循环（citric acid cycle、TCA循环、Krebs循环）,乙酰辅酶A的乙酰基经过三羧酸循环而彻底氧化为CO2和水。这个过程不仅是糖

14、有氧分解的途径，也是有机体内一切有机物的C骨架氧化成CO2的必经途径（如脂肪酸）。,Hans Adolf Krebs(1900-1981),United Kingdom,1953年获诺贝尔生理和医学奖,（1）乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成柠檬酸,(草酰乙酸),柠檬酸合酶,(柠檬酸),（2）柠檬酸脱水生成顺乌头酸，再加水生成异柠檬酸,顺乌头酸酶,异柠檬酸,顺乌头酸酶,（3）异柠檬酸氧化脱羧生成a-酮戊二酸,Oxalosuccinate is an intermediate;the carbon released as CO2 didnot come from the acetyl-CoA enter

15、ing the cycle.,a-酮戊二酸,异柠檬酸脱H酶,（4）a-酮戊二酸脱羧，形成琥珀酰辅酶A,TPP lipoate FAD,琥珀酰辅酶A,（5）由琥珀酰辅酶A生成琥珀酸,GTPADPATPGDP,琥珀酸硫激酶,（6）琥珀酸被氧化成延胡索酸,延胡索酸,琥珀酸脱H酶,（7）延胡索酸加水生成苹果酸,A stereospecific enzyme onlyacting on the trans and L isomers,苹果酸,（8）苹果酸被氧化为草酰乙酸,3,An overview of the citric acid cycle,None of the intermediates ar

16、e phosphorylated.,All are either di-or tricarboxylic acids.,To regenerate oxaloacetate.,三羧酸循环的总反应式,CH3COSCoA3NADFADADPPi2H2O,2CO23NADH3HFADH2ATPCoASH,三羧酸循环中有两步反应是不可逆的,（1）Cit的合成（2）-KGA的氧化脱羧,所以TCA Cycle是单方向进行，不能逆转,3.糖有氧分解中的能量变化有氧分解释放的能量为2867.48kJ/mol产生的ATP：38个（见表8-3）NAD(P)H可产生3个ATP、FADH可以产生2个ATP。糖酵解：8

17、个ATPTCA循环：24个ATP乙酰辅酶A生成：6个ATP,4.三羧酸循环的生物学意义（1）供能，糖的有氧分解产生能量最多（2）是糖、脂、蛋白质三大物质转化的枢纽（3）产生重要的中间代谢物，提供C骨架（4）形成有机酸（5）工业合成,5.三羧酸循环的代谢调节受三种酶活性的调节（1）柠檬酸合成酶，是关键的限速酶，受ATP、NADH、琥珀酰CoA的抑制；草酰乙酸和乙酰CoA浓度较高时，可激活该酶。（2）异柠檬酸脱氢酶（3）a-酮戊二酸脱氢酶系,自习下列内容,（三）乙醛酸途径三羧酸循环的支路（四）戊糖磷酸途径重点掌握：与三羧酸循环的关系及生物学意义,三、糖的合成代谢,糖合成的基本来源是绿色植物和光能细

18、菌的光合作用（photosynthesis）。,（一）蔗糖的合成1.蔗糖合成酶利用尿苷二磷酸葡萄糖UDPG合成蔗糖。2.蔗糖磷酸合成酶同样，利用UDPG合成蔗糖。第二种途径是蔗糖合成的主要方式，第一种方式主要用来分解蔗糖。,（二）淀粉的合成绿色植物光合作用合成的糖大部分转化成了淀粉。1.-1,4糖苷键的形成：高等植物淀粉合成的主要途径UDPG转葡萄糖苷酶和ADPG转葡萄糖苷酶两种酶均需要有“引物”作为G受体。,2.支链淀粉的合成利用Q酶催化直链淀粉先形成小的断片，然后将断片移到C6个形成-1,6糖苷键。,（三）糖原的合成,G-1-P,UDP-G,糖原,UTP,PPi,UDPG焦磷酸化酶,引物,

19、糖原合成酶 分支酶,UDPG,G,UTP,PPi,UDPG,焦磷酸化酶,引物,糖原合成酶 分支酶,糖原,磷酸化酶,脱支酶,G-1-P,G-6-P,H3PO4,EMP途径,糖原代谢的调节,（四）糖原的异生作用糖原的异生：指非糖物质如甘油、丙酮酸、乳酸以及某些Aa能在肝脏中转变为糖原的过程。丙酮酸转化为糖原的过程，并非完全是酵解的逆过程，有三个激酶催化的反应是不可逆的。,（1）丙酮酸到磷酸烯醇式丙酮酸由丙酮酸羧化酶和烯醇丙酮酸磷酸羧激酶催化。消耗一分子ATP和一分子GTP。（2）F-1,6-diP 到F-6-P果糖二磷酸酯酶催化。（3）G-6-P到GG-6-P磷酸酯酶催化。,糖原异生的过程,2.糖异生前体（1）能生成丙酮酸的物质：乳酸、TCA中间物，柠檬酸、-酮戊二酸、苹果酸。（2）能生成丙酮酸、-酮戊二酸、草酰乙酸的Aa。（3）脂肪水解产生的甘油经磷酸二羟丙酮转变为G。（4）纤维素、奇数脂肪酸经琥珀酰CoA异生为G。,3.糖异生的调控（1）G-6-P抑制已糖激酶，活化G-6-P酶，从而抑制酵解，促进糖异生。（2）F-1,6-diP酶（异生）F磷酸激酶（酵解）（3）丙酮酸羧化酶，受乙酰CoA和ATP激活，受ADP抑制。,小结,糖酵解(10步反应)TCA循环糖代谢中能量的计算糖的分解与合成糖的异生糖代谢的调控,